В самом общем виде процесс идет так. Первая стадия белкового синтеза — стадия активации. При этом аминокислота взаимодействует с соответствующей ей транспортной РНК за счет энергии, содержащейся в молекуле аденозинтрифосфорной кислоты. Затем подготовленная таким образом аминокислота, как баржа на буксире, транспортируется к месту сборки белковой молекулы, к рибосоме. Нос этого "буксира" непростой. Он чем-то напоминает ключ, который будет искать свою "замочную скважину" на молекуле информационной РНК. Найдя свое место на молекуле м-РНК, т-РНК прикрепляется к нему и продолжает удерживать доставленную аминокислоту. К ней подходит последнее звено строящейся полипептидной (белковой) цепи. Аминокислота "отцепляется" от транспортной РНК и присоединяется к белковой молекуле. Одновременно с этим информационная РНК перемещается по рибосоме и готовится к встрече с новой аминокислотой, которая будет доставлена другой транспортной РНК.
Рост полипептидной цепи (четвертая стадия) заканчивается, когда соответствующий "сигнал" о прекращении синтеза поступает от той же информационной РНК. Полипептидная цепь отделяется от рибосомы.
Одним из лучших доказательств любой биохимической гипотезы является возможность провести процесс, характерный для живой клетки, в пробирке, на лабораторном столе. Сегодня удается воспроизвести биосинтез белка в бесклеточных системах. Однако если для этих целей взять аминокислоты, рибосомы, транспортную РНК, информационную РНК, некоторые активирующие ферменты и кое-какие добавки, то биосинтез будет идти в значительно меньших количествах и с меньшей скоростью, чем в живой клетке. А это свидетельствует, что наша схема биосинтеза белка, по-видимому, не является универсальной.
Всем известно, что такое код, в самом обычном значении этого слова. Когда мы говорим о "генетическом коде" ДНК, то подразумеваем последовательность нуклеотидов в ее молекуле. В конце концов, именно это определяет, почему из оплодотворенной женской яйцеклетки формируется человеческий зародыш, из яйца курицы вылупляется цыпленок, а из макового зернышка вырастает мак.
И вот что важно помнить: последовательность нуклеотидов в молекуле ДНК определяет последовательность аминокислот в любой молекуле белка. Сначала нуклеотидный код ДНК (или, иными словами, генетический код) передается на информационную РНК. По предложению Ф. Жакоба и Ж. Моно этот процесс называют транскрипцией.
Затем нуклеотидный код информационной РНК воплощается в определенной последовательности аминокислот при синтезе белка. Этот процесс специалисты по молекулярной биологии называют трансляцией. С помощью остроумных и тщательно выполненных исследований было показано, что включение молекулы аминокислоты в молекулу белка кодируется определенной комбинацией трех нуклеотидов. Нередко разные комбинации нуклеотидов кодируют включение в молекулу белка одной и той же аминокислоты.
Считают, что в каждую секунду к растущей белковой цепи присоединяются две аминокислоты. Для синтеза молекулы белка требуются минуты. А для построения гигантской молекулы ДНК необходимо несколько часов.
Возникает вопрос: а является ли схема белкового синтеза настолько универсальной, чтобы объяснить все стороны синтеза белка в организме млекопитающих и растений? Конечно, нет. Схема синтеза белка, о которой говорилось выше, получила широкое распространение. Но в то же время исследователи помнят, что она была разработана на основании экспериментов с бесклеточными, изолированными системами, полученными из микроорганизмов.
В лаборатории известного советского ученого-биохимика, вице-президента Академии наук СССР Ю. Овчинникова висит забавный, но полный глубокого смысла плакат, талантливо нарисованный кем-то из младших научных сотрудников. Первобытный человек, одетый в косматые звериные шкуры, палицей замахнулся на маленькую, хрупкую и беззащитную молекулу. Несмотря на выдающиеся успехи молекулярной биологии, исследователи считают, что работы по изучению белковой молекулы достигли в своем развитии примерно уровня охоты людей каменного века на мамонта. Так что эпоха "великих географических открытий" в молекулярной биологии только начинается.
Клеверный лист, разрезаншй слон и хирургия молекул
Если было трудно ответить на вопрос, как построены молекулы нуклеиновых кислот, то не менее сложным оказалось выяснить, какие функции они выполняют. И вот тут снова целесообразно вспомнить о валиновой РНК, о титанической работе академика А. Баева и его сотрудников, изучавших функции этой нуклеиновой кислоты.